CAN、I2S、I2C、SPI、SSP總線簡介
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串行外圍設備接口SPI（serial peripheral interface）總線技術是Motorola公司推出的一種同步串行接口，Motorola公司生產的絕大多數(shù)MCU（微控制器）都配有SPI硬件接口，如68系列MCU。SPI用于CPU與各種外圍器件進行全雙工、同步串行通訊。SPI可以同時發(fā)出和接收串行數(shù)據。它只需四條線就可以完成MCU與各種外圍器件的通訊，這四條線是：串行時鐘線（CSK）、主機輸入/從機輸出數(shù)據線（MISO）、主機輸出/從機輸入數(shù)據線（MOSI）、低電平有效從機選擇線CS。這些外圍器件可以是簡單的TTL移位寄存器，復雜的LCD顯示驅動器，A/D、D/A轉換子系統(tǒng)或其他的MCU。當SPI工作時，在移位寄存器中的數(shù)據逐位從輸出引腳（MOSI）輸出（高位在前），同時從輸入引腳（MISO）接收的數(shù)據逐位移到移位寄存器（高位在前）。發(fā)送一個字節(jié)后，從另一個外圍器件接收的字節(jié)數(shù)據進入移位寄存器中。主SPI的時鐘信號（SCK）使傳輸同步。其典型系統(tǒng)框圖如下圖所示。
SPI主要特點有:可以同時發(fā)出和接收串行數(shù)據;
- 可以當作主機或從機工作;
- 提供頻率可編程時鐘;
- 發(fā)送結束中斷標志;
- 寫沖突保護;
- 總線競爭保護等。
SPI模塊為了和外設進行數(shù)據交換，根據外設工作要求，其輸出串行同步時鐘極性和相位可以進行配置，時鐘極性（CPOL）對傳輸協(xié)議沒有重大的影響。如果CPOL=0，串行同步時鐘的空閑狀態(tài)為低電平；如果CPOL=1，串行同步時鐘的空閑狀態(tài)為高電平。時鐘相位（CPHA）能夠配置用于選擇兩種不同的傳輸協(xié)議之一進行數(shù)據傳輸。如果CPHA=0，在串行同步時鐘的第一個跳變沿（上升或下降）數(shù)據被采樣；如果CPHA=1，在串行同步時鐘的第二個跳變沿（上升或下降）數(shù)據被采樣。SPI主模塊和與之通信的外設音時鐘相位和極性應該一致。SPI總線接口時序如圖所示。
什么是CAN總線？
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CAN全稱為Controller Area Network，即控制器局域網，由德國Bosch公司最先提出，是國際上應用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。CAN是一種多主方式的串行通訊總線，基本設計規(guī)范要求有高的位速率、高抗電磁干擾性，而且要能夠檢測出總線的任何錯誤。當信號傳輸距離達10Km時CAN仍可提供高達50Kbit/s的數(shù)據傳輸速率。CAN具有十分優(yōu)越的特點：
A、較低的成本與極高的總線利用率；
B、數(shù)據傳輸距離可長達10Km，傳輸速率可高達1Mbit/s；
C、可靠的錯誤處理和檢錯機制，發(fā)送的信息遭到破壞后可自動重發(fā)；
D、節(jié)點在錯誤嚴重的情況下具有自動退出總線的功能；
E、報文不包含源地址或目標地址僅用標志符來指示功能信息和優(yōu)先級信息；
由于人為、自然、其它外界環(huán)境的影響和人們對公交系統(tǒng)的安全可靠性、真實、實時性的追求，使得我們對通信方式，通信設備有了更高的要求，基于CAN總線的網絡則成為我們最佳的選擇
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CAN總線
現(xiàn)場總線是當今自動化領域技術發(fā)展的熱點之一，被譽為自動化領域的計算機局域網。它的出現(xiàn)為分布式控制系統(tǒng)實現(xiàn)各節(jié)點之間實時、可靠的數(shù)據通信提供了強有力的技術支持。CAN(Controller Area Network)屬于現(xiàn)場總線的范疇，它是一種有效支持分布式控制或實時控制的串行通信網絡。較之目前許多RS-485基于R線構建的分布式控制系統(tǒng)而言，基于CAN總線的分布式控制系統(tǒng)在以下方面具有明顯的優(yōu)越性：
首先，CAN控制器工作于多主方式，網絡中的各節(jié)點都可根據總線訪問優(yōu)先權(取決于報文標識符)采用無損結構的逐位仲裁的方式競爭向總線發(fā)送數(shù)據，且CAN協(xié)議廢除了站地址編碼，而代之以對通信數(shù)據進行編碼，這可使不同的節(jié)點同時接收到相同的數(shù)據，這些特點使得CAN總線構成的網絡各節(jié)點之間的數(shù)據通信實時性強，并且容易構成冗余結構，提高系統(tǒng)的可靠性和系統(tǒng)的靈活性。而利用RS-485只能構成主從式結構系統(tǒng)，通信方式也只能以主站輪詢的方式進行，系統(tǒng)的實時性、可靠性較差；
其次，CAN總線通過CAN控制器接口芯片82C250的兩個輸出端CANH和CANL與物理總線相連，而CANH端的狀態(tài)只能是高電平或懸浮狀態(tài)，CANL端只能是低電平或懸浮狀態(tài)。這就保證不會出現(xiàn)象在RS-485網絡中，當系統(tǒng)有錯誤，出現(xiàn)多節(jié)點同時向總線發(fā)送數(shù)據時，導致總線呈現(xiàn)短路，從而損壞某些節(jié)點的現(xiàn)象。而且CAN節(jié)點在錯誤嚴重的情況下具有自動關閉輸出功能，以使總線上其他節(jié)點的操作不受影響，從而保證不會出現(xiàn)象在網絡中，因個別節(jié)點出現(xiàn)問題，使得總線處于“死鎖”狀態(tài)。
而且，CAN具有的完善的通信協(xié)議可由CAN控制器芯片及其接口芯片來實現(xiàn)，從而大大降低系統(tǒng)開發(fā)難度，縮短了開發(fā)周期，這些是只僅僅有電氣協(xié)議的RS-485所無法比擬的。另外，與其它現(xiàn)場總線比較而言，CAN總線是具有通信速率高、容易實現(xiàn)、且性價比高等諸多特點的一種已形成國際標準的現(xiàn)場總線。這些也是目前CAN總線應用于眾多領域，具有強勁的市場競爭力的重要原因。
CAN (Controller Area Network)即控制器局域網絡，屬于工業(yè)現(xiàn)場總線的范疇。與一般的通信總線相比，CAN總線的數(shù)據通信具有突出的可靠性、實時性和靈活性。由于其良好的性能及獨特的設計，CAN總線越來越受到人們的重視。它在汽車領域上的應用是最廣泛的，世界上一些著名的汽車制造廠商，如BENZ(奔馳)、BMW(寶馬)、PORSCHE(保時捷)、ROLLS-ROYCE(勞斯萊斯)和JAGUAR(美洲豹)等都采用了CAN總線來實現(xiàn)汽車內部控制系統(tǒng)與各檢測和執(zhí)行機構間的數(shù)據通信。同時，由于CAN總線本身的特點，其應用范圍目前已不再局限于汽車行業(yè)，而向自動控制、航空航天、航海、過程工業(yè)、機械工業(yè)、紡織機械、農用機械、機器人、數(shù)控機床、醫(yī)療器械及傳感器等領域發(fā)展。CAN已經形成國際標準，并已被公認為幾種最有前途的現(xiàn)場總線之一。其典型的應用協(xié)議有：SAE J1939/ISO11783、CANOpen、CANaerospace、DeviceNet、NMEA 2000等。
什么是CAN總線？
CAN意為Controller Area Network的縮寫，意為控制區(qū)域網絡。是國際上流行的現(xiàn)場總線中的一種。是一種特別適合于組建互連的設備網絡系統(tǒng)或子系統(tǒng)。
2．CAN總線特點？
l CAN是到目前為止為數(shù)不多的有國際標準的現(xiàn)場總線
l CAN通訊距離最大是10公里（設速率為5Kbps）,或最大通信速率為1Mbps(設通信距離為40米)。
CAN總線上的節(jié)點數(shù)可達110個。通信介質可在雙絞線，同軸電纜，光纖中選擇。
CAN采用非破壞性的總線仲裁技術，當多個節(jié)點同時發(fā)送數(shù)據時，優(yōu)先級低的節(jié)點會主動退出發(fā)送，高優(yōu)先級的節(jié)點可繼續(xù)發(fā)送，節(jié)省總線仲裁時間。
CAN是多主方式工作，網上的任一節(jié)點均可在任意時刻主動地向網絡上其他節(jié)點發(fā)送信息。
CAN采用報文識別符識別網絡上的節(jié)點，從而把節(jié)點分成不同的優(yōu)先級，高優(yōu)先級的節(jié)點享有傳送報文的優(yōu)先權。
報文是短幀結構，短的傳送時間使其受干擾概率低，CAN有很好的效驗機制，這些都保證了CAN通信的可靠性。
3．CAN總線應用領域
CAN總線最初是德國BOSCH為汽車行業(yè)的監(jiān)測，控制而設計的?，F(xiàn)已應用到鐵路、交通、國防、工程、工業(yè)機械、紡織、農用機械、數(shù)控、醫(yī)療器械機器人、樓宇、安防等方面。
I2C(Inter－Integrated Circuit)總線
I2C(Inter－Integrated Circuit)總線是一種由PHILIPS公司開發(fā)的兩線式串行總線，用于連接微控制器及其外圍設備。I2C總線產生于在80年代，最初為音頻和視頻設備開發(fā)，如今主要在服務器管理中使用，其中包括單個組件狀態(tài)的通信。例如管理員可對各個組件進行查詢，以管理系統(tǒng)的配置或掌握組件的功能狀態(tài)，如電源和系統(tǒng)風扇?？呻S時監(jiān)控內存、硬盤、網絡、系統(tǒng)溫度等多個參數(shù)，增加了系統(tǒng)的安全性，方便了管理。
1I2C總線特點
I2C總線最主要的優(yōu)點是其簡單性和有效性。由于接口直接在組件之上，因此I2C總線占用的空間非常小，減少了電路板的空間和芯片管腳的數(shù)量，降低了互聯(lián)成本?？偩€的長度可高達25英尺，并且能夠以10Kbps的最大傳輸速率支持40個組件。I2C總線的另一個優(yōu)點是，它支持多主控(multimastering)，其中任何能夠進行發(fā)送和接收的設備都可以成為主總線。一個主控能夠控制信號的傳輸和時鐘頻率。當然，在任何時間點上只能有一個主控。
2I2C總線工作原理
2.1總線的構成及信號類型
I2C總線是由數(shù)據線SDA和時鐘SCL構成的串行總線，可發(fā)送和接收數(shù)據。在CPU與被控IC之間、IC與IC之間進行雙向傳送，最高傳送速率100kbps。各種被控制電路均并聯(lián)在這條總線上，但就像電話機一樣只有撥通各自的號碼才能工作，所以每個電路和模塊都有唯一的地址，在信息的傳輸過程中，I2C總線上并接的每一模塊電路既是主控器（或被控器），又是發(fā)送器（或接收器），這取決于它所要完成的功能。CPU發(fā)出的控制信號分為地址碼和控制量兩部分，地址碼用來選址，即接通需要控制的電路，確定控制的種類；控制量決定該調整的類別（如對比度、亮度等）及需要調整的量。這樣，各控制電路雖然掛在同一條總線上，卻彼此獨立，互不相關。
I2C總線在傳送數(shù)據過程中共有三種類型信號，它們分別是：開始信號、結束信號和應答信號。
開始信號：SCL為高電平時，SDA由高電平向低電平跳變，開始傳送數(shù)據。
結束信號：SCL為低電平時，SDA由低電平向高電平跳變，結束傳送數(shù)據。
應答信號：接收數(shù)據的IC在接收到8bit數(shù)據后，向發(fā)送數(shù)據的IC發(fā)出特定的低電平脈沖，表示已收到數(shù)據。CPU向受控單元發(fā)出一個信號后，等待受控單元發(fā)出一個應答信號，CPU接收到應答信號后，根據實際情況作出是否繼續(xù)傳遞信號的判斷。若未收到應答信號，由判斷為受控單元出現(xiàn)故障。
目前有很多半導體集成電路上都集成了I2C接口。帶有I2C接口的單片機有：CYGNAL的C8051F0XX系列，PHILIPSP87LPC7XX系列，MICROCHIP的PIC16C6XX系列等。很多外圍器件如存儲器、監(jiān)控芯片等也提供I2C接口。
3總線基本操作
I2C規(guī)程運用主/從雙向通訊。器件發(fā)送數(shù)據到總線上，則定義為發(fā)送器，器件接收數(shù)據則定義為接收器。主器件和從器件都可以工作于接收和發(fā)送狀態(tài)。總線必須由主器件（通常為微控制器）控制，主器件產生串行時鐘（SCL）控制總線的傳輸方向，并產生起始和停止條件。SDA線上的數(shù)據狀態(tài)僅在SCL為低電平的期間才能改變，SCL為高電平的期間，SDA狀態(tài)的改變被用來表示起始和停止條件。
3.1控制字節(jié)
在起始條件之后，必須是器件的控制字節(jié)，其中高四位為器件類型識別符（不同的芯片類型有不同的定義，EEPROM一般應為1010），接著三位為片選，最后一位為讀寫位，當為1時為讀操作，為0時為寫操作。
3.2寫操作
寫操作分為字節(jié)寫和頁面寫兩種操作，對于頁面寫根據芯片的一次裝載的字節(jié)不同有所不同。
3.3讀操作
讀操作有三種基本操作：當前地址讀、隨機讀和順序讀。
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